WO2017102171A1 - Vorrichtung zum schalten eines elektrischen stromkreises - Google Patents

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WO2017102171A1
WO2017102171A1 PCT/EP2016/076769 EP2016076769W WO2017102171A1 WO 2017102171 A1 WO2017102171 A1 WO 2017102171A1 EP 2016076769 W EP2016076769 W EP 2016076769W WO 2017102171 A1 WO2017102171 A1 WO 2017102171A1
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electrical
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Thomas HAMMERSCHMIDT
Alexander DOERR
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • H01H85/0047—Heating means

Definitions

  • the invention relates to a device for switching an electrical circuit, in particular for electrical power from 500 watts to 10 megawatts.
  • the invention is used in particular in an electrical supply from an electrical energy store to the intermediate circuit of an electric drive device of a vehicle which is at least partially electrically operated.
  • Such devices are used for defined and fast disconnection of electric power circuits in an emergency.
  • the requirement for such a switching device is that its triggering and interruption function must be reliably guaranteed even without maintenance for up to 20 years.
  • such a circuit must not pose any additional danger potential of hot gas, particles or voltage indicated by rest in the switched-off circuit.
  • One possible field of application in motor vehicle technology is the defined disconnection of the on-board cabling from the car battery shortly after an accident in order to avoid ignition sources and plasma sparks that occur, for example, when cable insulation has been chafed during an accident or if loose cable ends press against one another or against metal sheets and scour.
  • DE 44 381 57 C1 relates to a pyrotechnic separation device with a propellant whose gases act on an active part, which is freely longitudinally movable in a housing.
  • the active part stores the energy generated in the propellant gases and acts then flying freely on the material to be cut. As the material passes through, the active part releases the stored energy again.
  • WO 03/067621 A1 relates to an electrical switching element, in particular for switching high currents, comprising a housing, which comprises a contact unit, wherein the contact unit two stationary contacts with the housing or integrally formed terminal contacts for supplying and discharging an electrical current to be switched and wherein the first two terminal contacts are electrically connected within the housing in the initial state of the switching element, with an activatable material provided in the housing, which generates a gas pressure after activation to act on the contact unit, wherein the electrically conductive connection by the application is separated with the gas pressure, wherein the contact unit comprises a relative to the fixed terminal contacts under the application of the gas pressure generated movable contact element, which by the application of the gas pressure generated in the direction of the axis Contact unit is moved from a starting position to an end position in which the electrical connection is interrupted via the contact unit.
  • WO 99/54904 relates to a device for separating an electric circuit, in particular for high currents, with a housing in which at least one electrical conductor element is provided, which has a separation region and which can be switched on in the circuit to be separated, that the circuit to be separated extends over the conductor element, and with him or on the housing provided activatable means for generating a triggering pressure, which acts directly on the separation region and / or an output position acting on the separation area sabot acts on the separation region, wherein the separation region and / or Seating are designed so that after activation of the means of the separation area completely separated or broken or the cross-section of the separation area is reduced.
  • DE 44 30 284 B4 relates to a safety device for a motor vehicle with a ner by at least one accident sensor acted upon defeat by which an electrical energy source from an on-board network of the motor vehicle is separable, and which has akulturenergiebeetzbergerbares release agent a power line belonging to the on-board conductor can be separated in a manner leading to the interruption of the flow of current, wherein a separating element which can be acted upon by driving energy and which is effective as a current conductor is provided as a predetermined breaking element.
  • the owner of the motor vehicle When used in a motor vehicle, the owner of the motor vehicle must generally visit a specialist workshop which replaces the triggered pyrotechnic separation device. If the interruption of a circuit affects the supply between the electrical energy store and the intermediate circuit with an electric drive, the vehicle can generally no longer be moved by means of the electric drive.
  • a first aspect of the invention relates to a device for switching an electrical circuit see, in particular for electrical power from 500 watts to 10 megawatts, which preferably two, in particular four, pyrotechnic separation devices which are connected in series between a connection point and a consumer to interrupt the electrical circuit has.
  • the device preferably further comprises at least one closing device, in particular three closing devices, wherein the number of Locking devices are also preferably smaller than the number of pyrotechnic separation devices and wherein each locking device is arranged in parallel with a single pyrotechnic separation device in order to bridge the one pyrotechnic separation device and thus close an interrupted electrical circuit.
  • a second aspect of the invention relates to a vehicle, in particular an electric vehicle or hybrid vehicle, with a device according to the invention for switching an electrical circuit, this device being arranged between an electrical energy store and a consumer, in particular between the electrical energy store and an intermediate circuit ,
  • a third aspect of the invention relates to a method for operating a device according to the invention for switching an electrical circuit, wherein, after interrupting the circuit by triggering one of the at least two pyrotechnic separation devices in a defined event, in particular in an emergency situation, preferably the following steps connect:
  • Closing the at least one locking device which is arranged with the triggered pyrotechnic separation device in a parallel circuit to bridge the triggered pyrotechnic separation device and thus to close the broken electrical circuit;
  • Issuing a notification regarding the state of the device in particular an indication to a driver of the vehicle.
  • the invention is particularly based on the approach to provide a closing device in addition to a pyrotechnic separation device in order to close a running parallel to the pyrotechnic separation device parallel circuit and thus to bridge the triggered pyrotechnic separation device.
  • an electrical load in particular an electric drive in a vehicle, at least for a transitional period continue to operate. This can be used, for example, to spend the vehicle on a hard shoulder to drive to the nearest specialist workshop or also to delay any other necessary service after the triggering of a pyrotechnic separation device until a plurality of pyrotechnic separation devices was triggered.
  • the device preferably always has a pyrotechnic separating device more than closing devices are present. As a result, the affected electrical circuit is still protected by a pyrotechnic separation device.
  • the solution according to the invention increases the traffic safety of an electric vehicle, since it can still be moved after an emergency situation, for example from an exposed position in traffic after a fall-over. Furthermore, workshop costs can be reduced with the device according to the invention, for example if the triggering of the pyrotechnic separation device is a false triggering.
  • the at least one closing device is a pyrotechnic closer.
  • Pyrotechnic NO contacts have a very short reaction time and thus ensure a fast closing of a triggered by a false release pyrotechnic disconnecting device interrupted circuit and thus a speedy continued operation of the consumer.
  • the at least two pyrotechnic separation devices are closed in the normal state and the at least one locking device is open in the normal state.
  • a normal state in the context of the invention is that state in which the device is operated in normal operation.
  • connection point is connected to the negative terminal of the electrical energy store.
  • Figure 1 shows a circuit of the prior art
  • Figure 2 is a partial schematic representation of an embodiment of a
  • Figure 1 shows an example of the prior art, in which a pyrotechnic separation device or a pyrotechnic circuit breaker in the negative branch of a Circuit between a negative terminal of an electrical energy store (EES-), which is connected to a connection point 4 and a connection point 5 to a negative terminal of a DC link ZK-, in which an electrical load is arranged.
  • the illustrated circuit 2 corresponds to a circuit which can be used, for example, to supply energy to an electric drive.
  • FIG. 2 shows an embodiment of a device according to the invention for switching an electrical circuit 2, which is arranged in an exemplary circuit of FIG. 1 instead of the separation device 3.
  • the illustrated embodiment has four pyrotechnic separation devices 3a, 3b, 3c, 3d, which are connected in series between the connection point 4 and the contact point 5 to a consumer.
  • Separating agent in particular a wedge (shown as a triangle) is driven through the circuit 2.
  • the circuit 2 can not be closed at this point, without replacing the respective pyrotechnic separation device 3a, 3b, 3c, 3d, which was triggered. This replacement is generally possible only by a person skilled in a motor vehicle by a specialist workshop.
  • one of the three pyrotechnic separating devices 3a, 3b, 3c is assigned a closing device 6a, 6b, 6c in each case in a parallel connection. While the pyrotechnic separation devices 3a, 3b, 3c, 3d in the normal state, i. represent in normal operation of the circuit 2, a closed electrical switch, the locking devices 6a, 6b, 6c are an open electrical see switch.
  • the pyrotechnic separating device 3 a is triggered in order to separate the electrical circuit 2 of an electrical energy store (EES) for safety reasons, then this circuit 2 can be represented again in the sequence by activating or closing the closing device 6 a.
  • the circuit 2 then passes through the pyrotechnic separation device 3a associated with the parallel closure circuit 6a.
  • the closing device 6a can, as shown, be configured as a pyrotechnic closer, alternatively However, this can be designed as a switching relay. Occurs as a result, a second safety-critical condition, so the circuit 2 can be interrupted, for example by the pyrotechnic separation device 3b. This interruption can in turn be bridged with a locking device 6b. Accordingly, a further interruption of the circuit 2 can be bridged by the pyrotechnic separation device 3c with a closing device 6c.
  • the pyrotechnic separation device 3d serves as the last safety device which interrupts the circuit 2 and can no longer be bypassed.
  • a driver of a vehicle in which the device according to the invention is installed should be requested to visit a specialist workshop in order to renew the safety devices allow or have checked why safety-relevant interruptions of the circuit 2 occur.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schalten eines elektrischen Stromkreises, insbesondere für elektrische Leistungen von 500 Watt bis hin zu 10 Megawatt, welche vorzugsweise zwei, insbesondere vier, pyrotechnische Trennvorrichtungen, welche zwischen einem Anschlusspunkt und einem Verbraucher in Reihe geschaltet sind, um den elektrischen Stromkreis zu unterbrechen, aufweist. Die Vorrichtung weist vorzugsweise des Weiteren wenigstens eine Schließeinrichtung, insbesondere drei Schließeinrichtungen, auf, wobei die Anzahl der Schließeinrichtungen weiter vorzugsweise kleiner als die Anzahl der pyrotechnischen Trennvorrichtungen ist und wobei jede Schließeinrichtung in einer Parallelschaltung zu jeweils einer einzigen pyrotechnischen Trennvorrichtung angeordnet ist, um die eine pyrotechnische Trennvorrichtung zu überbrücken und somit einen unterbrochenen elektrischen Stromkreis zu schließen.

Description

VORRICHTUNG ZUM SCHALTEN EINES
ELEKTRISCHEN STROMKREISES
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schalten eines elektrischen Stromkreises, insbesondere für elektrische Leistungen von 500 Watt bis hin zu 10 Megawatt. Die Erfindung kommt insbesondere in einer elektrischen Zuführung von einem elektrischen Energiespeicher zum Zwischenkreis einer elektrischen Antriebsvorrichtung eines wenigstens teilweise elektrisch betriebenen Fahrzeugs zum Einsatz.
Solche Vorrichtungen dienen zum definierten und schnellen Trennen von elektrischen Starkstromkreisen im Notfall. Dabei besteht die Anforderung an eine derartige Schaltvorrichtung darin, dass dessen Auslösung und Unterbrechungsfunktion selbst ohne Wartung noch bis zu 20 Jahren zuverlässig gewährleistet sein muss. Des Weiteren darf von einem solchen Schaltkreis kein zusätzliches Gefahrpotential von Heißgas, Partikeln oder durch Ruhe im abgeschalteten Stromkreis indizierte Spannung, ausgehen. Ein mögliches Einsatzgebiet in der Kraftfahrzeug-Technik ist das definierte Trennen der Bordverkabelung von der Autobatterie kurz nach einem Unfall, um Zündquellen und Hineinfunken von Plasma zu vermeiden, die entstehen, wenn beispielsweise Kabelisolationen während eines Unfalls aufgescheuert wurden oder lose Kabelenden gegeneinander oder gegen Bleche drücken und aufscheuern. Läuft bei einem Unfall gleichzeitig Benzin aus, so können solche Zündquellen zündfähige Benzin- Luft-Gemische entzünden, die sich beispielsweise unter der Motorhaube sammeln. Ein weiteres Einsatzgebiet ist die elektrische Abtrennung einer Baugruppe vom Bordnetz für den Fall eines Kurzschlusses in der betreffenden Baugruppe, beispielsweise in einer elektrischen Standheizung. Aus dem Stand der Technik sind pyrotechnische Sicherungen bzw. Trennvorrichtungen bekannt, um hohe Ströme zu schalten.
Die DE 44 381 57 C1 betrifft eine pyrotechnische Trennvorrichtung mit einer Treibladung, deren Gase auf ein Wirkteil wirken, das in einem Gehäuse frei längs beweglich ist. Das Wirkteil speichert die in den Treibgasen erzeugte Energie und wirkt dann frei fliegend auf das zu durchtrennende Material ein. Beim Durchtreten des Materials gibt das Wirkteil die gespeicherte Energie wieder ab.
Die WO 03/067621 A1 betrifft ein elektrisches Schaltglied, insbesondere zum Schalten hoher Ströme, mit einem Gehäuse, welches eine Kontakteinheit umfasst, wobei die Kontakteinheit zwei ortsfest mit dem Gehäuse verbundene oder damit einstückig ausgebildete Anschlusskontakte für das Zuführen und Abführen eines zu schaltenden elektrischen Stroms aufweist und wobei die ersten beiden Anschlusskontakte im Ausgangszustand des Schaltglieds innerhalb des Gehäuses elektrisch leitend verbunden sind, mit einem im Gehäuse vorgesehenen, aktivierbarem Material, wel- ches nach dem Aktivieren einen Gasdruck zur Beaufschlagung der Kontakteinheit erzeugt, wobei die elektrisch leitende Verbindung durch die Beaufschlagung mit dem Gasdruck aufgetrennt wird, wobei die Kontakteinheit ein relativ zu den ortsfesten Anschlusskontakten unter der Beaufschlagung des erzeugten Gasdrucks bewegbares Kontaktelement umfasst, welches durch die Beaufschlagung mit dem er- zeugten Gasdruck in Richtung der Achse der Kontakteinheit aus einer Ausgangsposition in eine Endposition bewegt wird, in welcher die elektrische Verbindung über die Kontakteinheit unterbrochen ist.
Die WO 99/54904 betrifft eine Vorrichtung zum Auftrennen eines elektrischen Stromkreises, insbesondere für hohe Stromstärken, mit einem Gehäuse, in welchem wenigsten ein elektrisches Leiterelement vorgesehen ist, welches einen Trennbereich aufweist und welches so in den aufzutrennenden Stromkreis einschaltbar ist, dass der aufzutrennende Stromkreis über das Leiterelement verläuft, und mit ihm o- der am Gehäuse vorgesehen aktivierbaren Mitteln zur Erzeugung eines Auslösedrucks, welcher unmittelbar auf den Trennbereich und/oder über eine Ausgangsstel- lung den Trennbereich beaufschlagenden Treibspiegel auf den Trennbereich wirkt, wobei der Trennbereich und/oder der Treibspiegel so ausgebildet sind, dass nach einem Aktivieren der Mittel der Trennbereich vollständig aufgetrennt oder ausgebrochen oder der Querschnitt des Trennbereichs reduziert wird.
Die DE 44 30 284 B4 betrifft eine Sicherheitseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit ei- ner von wenigstens einem Unfallsensor beaufschlagbaren Abschalteinrichtung, durch die eine elektrische Energiequelle von einem Bord netz des Kraftfahrzeugs abtrennbar ist, und die ein treibenergiebeaufschlagbares Trennmittel aufweist, durch das ein zum Bord netz gehörender Stromleiter in einer zur Unterbrechung des Stromflusses führenden Weise auftrennbar ist, wobei als Trennmittel ein mit Treibenergie beaufschlagbarer und als Stromleiter wirksamer Sollbruchkörper vorgesehen ist. Wird eine pyrotechnische Trennvorrichtung des Stands der Technik einmal ausgelöst, so ist die durch diese ausgelöste Unterbrechung eines Stromkreises im Normalfall irreversibel. Beim Einsatz in einem Kraftfahrzeug muss der Halter des Kraftfahrzeugs in der Folge im Allgemeinen eine Fachwerkstatt aufsuchen, welche die ausgelöste pyrotechnische Trennvorrichtung ersetzt. Betrifft die Unterbrechung ei- nes Stromkreises die Zuführung zwischen elektrischem Energiespeicher und dem Zwischenkreis mit einem elektrischen Antrieb, so kann das Fahrzeug im Allgemeinen nicht mehr mittels des elektrischen Antriebs bewegt werden.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zum Schalten eines elektrischen Stromkreises bereitzustellen. Insbesondere ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb mit ausgelöster pyrotechnischer Trennvorrichtung wenigstens für einen Übergangszeitraum antreibbar zu machen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Schalten eines elektrischen Stromkreises nach Anspruch 1 , ein Fahrzeug mit einer solchen Vorrichtung nach An- spruch 5 und ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung nach Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen werden in den Unteransprüchen beansprucht. Der Wortlaut der Ansprüche wird hiermit zum ausdrücklichen Bestandteil der Beschreibung gemacht.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schalten eines elektri- sehen Stromkreises, insbesondere für elektrische Leistungen von 500 Watt bis hin zu 10 Megawatt, welche vorzugsweise zwei, insbesondere vier, pyrotechnische Trennvorrichtungen, welche zwischen einem Anschlusspunkt und einem Verbraucher in Reihe geschaltet sind, um den elektrischen Stromkreis zu unterbrechen, aufweist. Die Vorrichtung weist vorzugsweise des Weiteren wenigstens eine Schließ- einrichtung, insbesondere drei Schließeinrichtungen, auf, wobei die Anzahl der Schließeinrichtungen weiter vorzugsweise kleiner als die Anzahl der pyrotechnischen Trennvorrichtungen ist und wobei jede Schließeinrichtung in einer Parallelschaltung zu jeweils einer einzigen pyrotechnischen Trennvorrichtung angeordnet ist, um die eine pyrotechnische Trennvorrichtung zu überbrücken und somit einen unterbrochenen elektrischen Stromkreis zu schließen.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere ein Elektrofahr- zeug oder Hybrid-Fahrzeug, mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Schalten eines elektrischen Stromkreises, wobei diese Vorrichtung zwischen einem elektrischen Energiespeicher und einem Verbraucher, insbesondere zwischen dem elektrischen Energiespeicher und einem Zwischenkreis angeordnet ist.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Schalten eines elektrischen Stromkreises, wobei sich, nach einem Unterbrechen des Stromkreises durch Auslösen einer der wenigstens zwei pyrotechnischen Trennvorrichtungen bei einem definierten Ereignis, insbeson- dere in einer Notfallsituation, vorzugsweise folgende Arbeitsschritte anschließen:
Prüfen, ob das definierte Ereignis beendet ist; und
Schließen der wenigstens einen Schließeinrichtung, welche mit der ausgelösten pyrotechnischen Trennvorrichtung in einer Parallelschaltung angeordnet ist, um die ausgelöste pyrotechnische Trennvorrichtung zu überbrücken und somit den unterbrochenen elektrischen Stromkreis zu schließen; und/oder
Ausgeben einer Benachrichtigung bezüglich des Zustands der Vorrichtung, insbesondere einen Hinweis an einen Fahrer des Fahrzeugs.
Die im Nachfolgenden beschriebenen Merkmale und Vorteile des ersten Aspekts der Erfindung und dessen vorteilhafte Ausgestaltungen gelten auch für den zweiten und dritten Aspekt der Erfindung sowie deren vorteilhafte Ausgestaltungen und umgekehrt.
Die Erfindung beruht insbesondere auf dem Ansatz, zusätzlich zu einer pyrotechnischen Trennvorrichtung eine Schließeinrichtung vorzusehen, um einen parallel zur pyrotechnischen Trennvorrichtung verlaufenden parallelen Stromkreis zu schließen und damit die ausgelöste pyrotechnische Trennvorrichtung zu überbrücken. Hier- durch kann ein elektrischer Verbraucher, insbesondere ein elektrischer Antrieb in einem Fahrzeug, wenigstens für eine Übergangszeit weiter betrieben werden. Dies kann beispielsweise dazu dienen, um das Fahrzeug auf einen Standstreifen zu verbringen, um bis zur nächsten Fachwerkstatt zu fahren oder auch, um einen andern- falls nötigen Service nach dem Auslösen einer pyrotechnischen Trennvorrichtung hinauszuzögern bis eine Mehrzahl von pyrotechnischen Trennvorrichtungen ausgelöst wurde. Um in diesem zeitlich begrenzten Betrieb die Betriebssicherheit des Verbrauchers bzw. des Fahrzeugs, in welchem der Verbraucher verbaut ist, zu gewährleisten, weist die Vorrichtung vorzugsweise immer eine pyrotechnische Trennvor- richtung mehr auf, als Schließeinrichtungen vorhanden sind. Hierdurch ist der betroffene elektrische Stromkreis noch durch eine pyrotechnische Trennvorrichtung abgesichert.
Die erfindungsgemäße Lösung erhöht zum einen die Verkehrssicherheit eines elektrischen Fahrzeugs, da dieses nach einer Notfallsituation noch bewegt werden kann, beispielsweise aus einer exponierten Position im Verkehr nach einem Umfall. Des Weiteren können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung Werkstattkosten verringert werden, beispielsweise wenn es sich bei dem Auslösen der pyrotechnischen Trennvorrichtung um eine Fehlauslösung handelt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die wenigstens eine Schließeinrichtung ein pyrotechnischer Schließer. Pyrotechnische Schließer haben eine sehr geringe Reaktionszeit und gewährleisten mithin ein schnelles Schließen eines durch eine Fehlauslösung betätigte pyrotechnische Trennvorrichtung unterbrochenen Stromkreises und damit einen zügigen Weiterbetrieb des Verbrauchers.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die wenigstens zwei pyrotechnischen Trennvorrichtungen im Normalzustand geschlossen und die wenigstens eine Schließeinrichtung ist im Normalzustand geöffnet. Ein Normalzustand im Sinne der Erfindung ist jener Zustand, in welchem die Vorrichtung im Normalbetrieb betrieben wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit wenigstens zwei Schließeinrichtungen und wenigstens drei pyrotechnischen Trenneinrichtungen wird ein Kontakt zwischen je zwei in Reihe geschalteten pyrotechnischen Trennvorrichtungen von einer ersten Parallelschaltung bestehend aus einem ersten pyrotechnischen Trennschalter und einer ersten Schließeinrichtung und einer zweiten Parallelschaltung bestehend aus einem zweiten pyrotechnischen Trennschalter und einer zweiten Schließeinrichtung gemeinsam genutzt. Hierdurch lässt sich eine besonders platzsparende Anordnung der einzelnen Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung erreichen, indem die einzelnen Schaltungen mehrfach genutzt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist der An- Schlusspunkt mit dem Minuspol des elektrischen Energiespeichers verbunden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens schließen sich nach einem Unterbrechen des Stromkreises durch Auslösen einer weiteren pyrotechnischen Trennvorrichtung vorzugsweise folgende Arbeitsschritte an:
Prüfen, ob das definierte Ereignis beendet ist; und
- Schließen wenigstens einer weiteren Schließeinrichtung, welche mit der weiteren ausgelösten pyrotechnischen Trennvorrichtungen in einer weiteren Parallelschaltung angeordnet ist, um die weitere ausgelöste pyrotechnische Trennvorrichtung zu überbrücken und somit den unterbrochenen elektrischen Stromkreis zu schließen; und/oder
- Ausgeben einer Benachrichtigung bezüglich des Zustands der Vorrichtung, insbesondere einen Hinweises an einen Fahrer des Fahrzeugs.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit den Figuren. Es zeigen:
Figur 1 einen Stromkreis des Stands der Technik; Figur 2 eine teilweise schematische Darstellung einer Ausführungsform einer
Vorrichtung zum Schalten eines elektrischen Stromkreises gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung.
Figur 1 zeigt ein Beispiel des Stands der Technik, in welchem eine pyrotechnische Trennvorrichtung bzw. ein pyrotechnischer Trennschalter im Negativzweig eines Stromkreises zwischen einem Minuspol eines elektrischen Energiespeichers (EES-), welcher mit einem Anschlusspunkt 4 verbunden ist und einem Anschlusspunkt 5 zu einem Minuspol eines Zwischenkreises ZK-, in welchem ein elektrischer Verbraucher angeordnet ist. Der dargestellte Stromkreis 2 entspricht einer Schaltung, wel- che beispielsweise zur Energieversorgung eines Elektroantriebs verwendet werden kann.
In Fig. 2 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Schalten eines elektrischen Stromkreises 2 dargestellt, welche in einem beispielhaften Stromkreis der Fig. 1 anstelle der Trennvorrichtung 3 angeordnet wird. Die dar- gestellte Ausführungsform weist vier pyrotechnische Trennvorrichtungen 3a, 3b, 3c, 3d auf, welche zwischen dem Anschlusspunkt 4 und dem Kontaktpunkt 5 zu einem Verbraucher in Reihe geschaltet sind. Jeder der pyrotechnischen Trennvorrichtungen 3a, 3b, 3c, 3d kann den Stromkreis 2 durch eine pyrotechnische Reaktion, welche durch einen Stern dargestellt wird, trennen, indem ein als ein Wirkteil bzw.
Trennmittel, insbesondere ein Keil (dargestellt als Dreieck), durch den Stromkreis 2 getrieben wird. Der Stromkreis 2 lässt sich an dieser Stelle nicht mehr schließen, ohne die jeweilige pyrotechnische Trennvorrichtung 3a, 3b, 3c, 3d, welche ausgelöst wurde, zu ersetzen. Dieses Ersetzen ist im Allgemeinen nur durch einen Fachmann, bei einem Kraftfahrzeug durch eine Fachwerkstatt, möglich. Erfindungsgemäß ist einem der drei pyrotechnischen Trennvorrichtungen 3a, 3b, 3c jeweils in einer Parallelschaltung eine Schließeinrichtung 6a, 6b, 6c zugeordnet. Während die pyrotechnischen Trennvorrichtungen 3a, 3b, 3c, 3d im Normalzustand, d.h. im Normalbetrieb des Stromkreises 2, einen geschlossenen elektrischen Schalter darstellen, stellen die Schließeinrichtungen 6a, 6b, 6c einen geöffneten elektri- sehen Schalter dar.
Wird nun beispielsweise die pyrotechnische Trennvorrichtung 3a ausgelöst, um aus Sicherheitsaspekten den elektrischen Stromkreis 2 eines elektrischen Energiespeichers (EES) zu trennen, so kann dieser Stromkreis 2 in der Folge wieder dargestellt werden, indem die Schließeinrichtung 6a aktiviert bzw. geschlossen wird. Der Schaltkreis 2 verläuft danach über die der pyrotechnischen Trennvorrichtung 3a zugeordnete Parallelschaltung mit der Schließeinrichtung 6a. Die Schließeinrichtung 6a kann, wie dargestellt, als pyrotechnischer Schließer ausgestaltet sein, alternativ kann diese jedoch als Schaltrelais ausgeführt sein. Tritt in der Folge ein zweiter sicherheitskritischer Zustand auf, so kann der Stromkreis 2 beispielsweise durch die pyrotechnische Trennvorrichtung 3b unterbrochen werden. Diese Unterbrechung kann wiederum mit einer Schließeinrichtung 6b überbrückt werden. Dementspre- chend kann eine weitere Unterbrechung des Stromkreises 2 durch die pyrotechnische Trennvorrichtung 3c mit einer Schließeinrichtung 6c überbrückt werden.
Die pyrotechnische Trennvorrichtung 3d dient als letzte Sicherheitseinrichtung, welche den Stromkreis 2 unterbricht und nicht mehr überbrückt werden kann. Spätestens, wenn die pyrotechnische Trennvorrichtung 3c bzw. jede andere vorletzte in- takte pyrotechnische Trennvorrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ausgelöst wurde, sollte ein Fahrer eines Fahrzeugs, in welchem die erfindungsgemäße Vorrichtung eingebaut ist, aufgefordert werden, eine Fachwerkstatt aufzusuchen, um die Sicherheitseinrichtungen erneuern zu lassen bzw. prüfen zu lassen, warum sicherheitsrelevante Unterbrechungen des Stromkreises 2 auftreten.
Bezugszeschenliste
Vorrichtung 1
Schaltkreis 2
pyrotechnische Trennvorrichtung 3; 3a, 3b, 3c, 3d Anschlusspunkt 4
Kontaktpunkt 5
Schließeinrichtung 6a, 6b, 6c

Claims

ANSPRÜCHE
Vorrichtung (1 ) zum Schalten eines elektrischen Stromkreises (2), insbesondere für elektrische Leistungen von 500 Watt bis hin zu 10 Megawatt, aufweisend:
wenigstens zwei, insbesondere vier, pyrotechnische Trennvorrichtungen (3a, 3b, 3c, 3d), welche zwischen einem Anschlusspunkt (4), insbesondere einer elektrischen Energieversorgung (EES) und einem Kontaktpunkt (5), insbesondere eines Zwischenkreises (ZK) eines Verbrauchers, in Reihe geschaltet sind, um den elektrischen Stromkreis (2) zu unterbrechen,
wenigstens eine Schließeinrichtung (6a, 6b, 6c), insbesondere drei Schließeinrichtungen,
wobei die Anzahl der Schließeinrichtungen (6a, 6b, 6c) kleiner als die Anzahl der pyrotechnischen Trennvorrichtungen (3a, 3b, 3c, 3d) ist und wobei jede Schließeinrichtung (6a, 6b, 6c) in einer Parallelschaltung zu jeweils einer einzigen pyrotechnischen Trennvorrichtung (3a, 3b, 3c) angeordnet ist, um die eine pyrotechnische Trennvorrichtung (3a, 3b, 3c) zu überbrücken und somit einen unterbrochenen elektrischen Stromkreis (2) zu schließen.
Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die wenigstens eine Schließeinrichtung (6a, 6b, 6c) ein pyrotechnischer Schließer ist.
Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die wenigstens zwei pyrotechnischen Trennvorrichtungen (3a, 3b, 3c, 3d) im Normalzustand geschlossen sind und die wenigstens eine Schließeinrichtung (6a, 6b, 6c) im Normalzustand geöffnet ist.
Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit wenigstens zwei Schließeinrichtungen (6a, 6b, 6c) und wenigstens drei pyrotechnischen Trennvorrichtungen (3a, 3b, 3c, 3d), wobei wenigstens ein Kontakt zwischen je zwei in Reihe geschalteten pyrotechnischen Trennvorrichtungen (3a, 3b, 3c) von einer ersten Parallelschaltung, welche ein erste pyrotechnische Trennvorrichtung (3a, 3b, 3c) und eine erste Schließeinrichtung (6a, 6b, 6c) aufweist, und einer zweiten Parallelschaltung, welche eine zweite pyrotechnische Trennvorrichtung (3a, 3b, 3c) und eine zweite Schließeinrichtung (6a, 6b, 6c) aufweist, gemeinsam genutzt wird.
Fahrzeug, insbesondere Elektrofahrzeug oder Hybrid-Fahrzeug, mit einer Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei diese zwischen einem elektrischen Energiespeicher und einem Verbraucher, insbesondere zwischen dem elektrischen Energiespeicher und einem Zwischenkreis angeordnet ist.
Fahrzeug nach Anspruch 5, wobei der Anschlusspunkt (4) mit dem Minuspol des elektrischen Energiespeichers (EES) verbunden ist.
Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis
4,
wobei sich nach einem Unterbrechen des Stromkreises (2) durch Auslösen einer der wenigstens zwei pyrotechnischen Trennvorrichtungen (3a, 3b, 3c), welche mit einer Schließeinrichtung (6a, 6b, 6c) in einer Parallelschaltung angeordnet sind, bei einem definierten Ereignis, insbesondere in einer Notfallsituation, folgende Arbeitsschritte anschließen:
Prüfen, ob das definierte Ereignis beendet ist; und
Schließen der wenigstens einen Schließeinrichtung (6a, 6b, 6c), welche mit der ausgelösten pyrotechnischen Trennvorrichtungen (3a, 3b, 3c) in einer Parallelschaltung angeordnet ist, um die ausgelöste pyrotechnische Trennvorrichtung (3a, 3b, 3c) zu überbrücken und somit den unterbrochenen elektrischen Stromkreis zu schließen, und/oder
Ausgeben einer Benachrichtigung bezüglich des Zustands der Vorrichtung (1 ), insbesondere einen Hinweises an einen Fahrer eines Fahrzeugs.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei sich nach einem Unterbrechen des Stromkreises (2) durch Auslösen einer weiteren pyrotechnischen Trennvorrichtungen (3a, 3b, 3c), welche mit einer Schließeinrichtung (6a, 6b, 6c) in einer Parallelschaltung angeordnet ist, des weiteren folgende Arbeitsschritte anschließen: Prüfen, ob das definierte Ereignis beendet ist; und
Schließen wenigstens einer weiteren Schließeinrichtung (6a, 6b, 6c) , welche mit der weiteren ausgelösten pyrotechnischen Trennvorrichtungen (3a, 3b, 3c) in einer weiteren Parallelschaltung angeordnet ist, um die weitere ausgelöste pyrotechnische Trennvorrichtung (3a, 3b, 3c) zu überbrücken und somit den unterbrochenen elektrischen Stromkreis (2) zu schließen, und/oder
Ausgeben einer Benachrichtigung bezüglich des Zustands der Vorrichtung (1 ), insbesondere einen Hinweises an einen Fahrer eines Fahrzeugs.
Computerprogramm, welches Anweisungen aufweist, die, wenn diese von einem Computer ausgeführt werden, diesen dazu veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8 auszuführen.
Computer-lesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 9 gespeichert ist.
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